铸造工艺学.doc

.第九章 铸造工艺方案设计和规程的编制培训要点：通过本章的学习，了解铸造工艺设计的基本方法和工艺规程的主要内容，重点是结合实例的分析，掌握各类铸件的铸造工艺方案的拟定方法。 铸造工艺规程是用于指导生产的技术文件，它既是工厂生产技术准备和科学管理的依据，也是铸造工艺技术水平的体现和技术经验的结晶。铸造工艺规程编制水平的高低，对铸件质量、生产成本和效率起着关键性的作用。 铸造工艺规程编制的主要内容为：拟定铸造工艺方案、设计和绘制铸造工艺图、铸件图、模样和模板图（大量生产的重要铸件还应设计下芯夹具和各种卡板）、芯盒图、砂箱图、铸型装配图、编制和填写工艺卡片等。通常，铸造工艺规程编制的繁简程度，可根据工厂条件和任务性质来确定。大批生产或重要铸件的工艺规程要详细编制；单件、小批生产的普通铸件的工艺规程可以适当简化。铸造工艺设计内容和常规程序见表9-1。此外，对于铸件生产流程中有共性的通用生产环节，如砂处理、造型、制芯、熔炼、浇注、清理等可以制定通用性的工艺规程即工艺守则来指导生产。表9-1 铸造工艺设计的内容和常规程序项目内 容用途及应用范围设计程序铸造工艺图 在零件图上用规定的红蓝各色工艺符号表示出：分型（模）面、浇注位置、加工余量、收缩率、起模斜度、浇冒口系统、内外冷铁、砂芯形状和数量、芯头大小和配合间隙、铸肋、反变形量、分型负数、工艺补正量等 是制造模样、芯盒等工装，进行生产准备和铸件验收的依据 此图在铸件生产过程中必备1.产品零件图纸的铸造工艺性分析2.选择铸造方法3.确定浇注位置和分型（模）面4.选择工艺参数5.设计浇冒口系统、冷铁、铸肋和附铸试块6.砂芯设计铸件图 主要反映铸件实际形状、尺寸和技术要求。其内容有：切削余量、工艺余量、铸件尺寸公差、加工基准、热处理规范和验收技术条件等 是铸造生产用图，也是铸件检验的基准图和铸件验收及设计机加工工艺的依据。适用于成批、大量生产或重要零件7.将铸造工艺图作依据，画出铸件图模样及模板图 模样及模板的结构、尺寸、形状和材料等。模样和浇冒口系统在模板上的安装位置、方法及定位结构等。重要铸件还应设计下芯夹具和各种卡板 模样、模板制造和装配的依据8.根据铸造工艺图设计模样、模板图芯盒图 芯盒的结构、尺寸、形状和材料，以及紧固和定位方式等 制造芯盒的依据9.设计芯盒图砂箱图 砂箱的结构、尺寸、材料，紧固和定位方式等 制造砂箱的依据10.根据铸造工艺图所确定的相关参数及要求设计砂箱图（续）项目内 容用途及应用范围设计程序（合型图）铸型装配图 表示铸件浇注位置、砂芯数量、下芯顺序和固定方式，浇冒口和冷铁布置、砂箱结构和大小。排气通道和排气方向等 作为生产准备、合型、检验和工艺调整的依据。用于成批大量生产、重要或重型铸件11.根据铸造工艺图的相关内容画出合型图铸造工艺卡片 说明造型、制芯、浇注、开箱、清理等工艺操作过程中的具体要求和注意事项等 作为生产和管理的重要依据。可根据批量大小填写必要的内容12.概括整个工艺设计的主要内容 第一节 铸造工艺方案的确定 一、零件结构的铸造工艺性分析 所谓零件结构的铸造工艺性，通常是指零件本身的结构应符合铸造生产要求和铸造特点。零件结构的铸造工艺性好，易于保证铸件质量，简化铸造工艺过程和降低生产成本。 在对零件图进行工艺分析时要注意两点：第一，审查零件结构是否符合铸造生产的工艺要求，如发现结构有不合理处，应与有关设计部门进行研究协商，在保证使用性能的前提下予以改进，以便于简化工艺过程，保证铸造质量和降低生产成本；第二，在既定的零件结构条件下，估计到铸造过程中可能出现的主要缺陷，在工艺设计中预先采用相应措施予以防止。 对零件的铸造工艺性分析，一般从下述两方面进行。 1. 保证铸件质量 零件的某些铸造缺陷，常常和零件结构不合理有关。因此，为了保证铸件质量，铸件的结构设计应采用如下措施： （1）铸件应有合理的壁厚 铸件的最小允许壁厚和铸造合金的流动性密切相关。铸造合金种类不同，其所能浇注的最小壁厚也不同。铸件壁厚太小，易产生浇不足、冷隔、超硬等缺陷。 在一般生产条件下，几种常用的铸造合金在砂型铸造时，铸件允许的最小壁厚见表9-2。 表9-2 砂型铸造铸件的最小允许壁厚 （单位：mm）铸件尺寸铸 钢灰 铸 铁球墨铸铁可锻铸铁铝 合 金铜 合 金镁 合 金50050015251020-57 注：1如有特殊需要，在改善铸造条件的情况下，铸件最小壁厚可适当减小。 2结构复杂或有耐压要求的铸件，最小壁厚应取上限。 由合金的凝固理论可知，过厚的铸件其截面中心易产生缩孔、缩松、晶粒粗大，偏析（球墨铸铁易产生球化衰退现象）等缺陷，导致铸件的力学性能下降 。由此可知，各种铸造合金均具有临界壁厚，铸件壁厚超过该临界值以后，铸件的力学性能并不按比例随着铸件壁厚的递增而增加，而是显著地下降。因此，铸件设计时不应单纯以增加铸件壁厚来提高铸件强度，而应根据零件受力大小和载荷性质，选择合理的截面形状，如选用“T”字形，“工”字形、槽形和箱形截面，或增设加强肋来增强铸件。在实际生产中，砂型铸造各种铸造合金铸件的临界壁厚可按其最小壁厚的三倍来考虑。图9-1 壁厚的过渡形式a）不合理 b）合理 （2）铸件壁的过渡和连接要合理 厚薄不均的铸件在其壁的过渡和连接处因凝固和冷却速度不一，会产生较大的内应力，热节处易产生缩孔、缩松，连接或过渡处易产生裂纹。因此，在设计允许的情况下，铸件壁厚应力求均匀。如结构不能变更则在不同壁厚的连接部分应逐渐过渡、防止突变，避免尖角，避免形成大热节点。相交壁的连接宜采用圆弧过渡或逐渐过渡的形式，见图9-1。 （3）铸件内壁厚度应小于外壁 铸件内壁散热条件差，为使内外壁均匀冷却，减少热应力，防止裂纹等铸造缺陷，通常铸件内壁较外壁应薄10%20%。 （4）铸件结构应有利于铸造合金凝固过程中的补缩 不同的铸造合金有不同的凝固收缩特征。对于凝固收缩大，易产生集中缩孔的合金，如铸钢、可锻铸铁、高牌号灰铁、黄铜、无锡青铜等倾向于采用定向凝固方式来设计铸件壁厚；对于易产生缩松的合金，如锡青铜、磷青铜，在设计铸件壁厚时常采用同时凝固方式以使缩松区控制在特定的部位；对于收缩较小的合金，如普通灰铸铁则更倾向于采用同时凝固方式设计铸件的壁厚；对于结构复杂的大型铸件，可根据其结构特征和质量要求，分别按定向或同时凝固方式设计铸件壁厚。 （5）铸件结构应有利于防止变形 某些细长件和面积较大的平板件易产生挠曲变形。其原因是铸件结构刚性差和铸件各部分冷却速度不同导致收缩速度不一，最终导致铸件变形,故应尽量按同时凝固的原则和采用对称结构进行壁厚设计,见图9-2。图9-2 防止变形的铸件结构 图9-3 防止裂纹的铸件结构a）不合理 b）合理 a）不合理 b）合理 （6）铸件结构应防止产生裂纹和减少内应力 由于铸件在凝固过程中要产生线收缩，如果在收缩过程中受到较大的阻力，则易使铸件产生较大的内应力甚至产生裂纹。为减少铸造应力，避免裂纹，一些水平壁宜改为斜壁，直轮幅宜改为“S”形轮幅, 整体壁宜改为带窗口的壁，见图9-3。 （7）避免水平位置有较大的平面 在浇注过程中，铸型内的金属液上升至水平 位置的大平面时，由于截面扩大，液面升速骤减，平面上部砂型受高温金属液长时间烘烤，极易产生夹砂、浇不足、渣（砂）眼和气孔等缺陷。因此，在设计铸件壁结 构时，应尽量采用斜壁、曲面壁，见图9-4。 2. 简化工艺过程 铸件结构不仅应保证铸件质量，而且应考虑制模、造型（芯）、下芯、清理等工艺过程操作方便、可靠，在保证质量和使用性能的基础上，尽量简化工艺过程，以提高生产率，降低成本。一般按下述几方面进行分析：图9-4 避免大平面的铸件结构a）不合理 b）合理图9-5 便于起模的结构a）不合理 b）合理 （1）便于造型起模 应尽量避免铸件侧壁有凹入部分，或与起模方向相反的结构斜度，以免妨碍起模或增加造型难度。对铸件侧壁上妨碍起模的凸台、凸缘等要改进其结构，以便于起模，见图9-5。 （2）简化制芯操作和减少砂芯数量 铸件内腔结构越复杂，使用的砂芯也越多，此提高了铸造工艺的复杂程度和制造成本，见图9-6。其铸件结构经改进设计后，铸造工艺得以简化，减少了砂芯数量，降低了生产成本。图9-6 减少砂芯数量的铸件结构a）改进前的结构 b）改进后的结构 （3）简化和减少分型面 简化和减少造型分型面，不但可以减少砂箱用量或简化造型操作，而且大大提高了铸件的尺寸精度,见图9-7。 （4）有利于砂芯的安置、固定、排气和清理 为了保证铸件的尺寸精度，防止芯偏和气孔等缺陷，且便于清理，铸件的结构设计应尽量避免使用悬臂砂芯、吊芯和使用芯撑，见图9-8。 （5）有利于简化铸造方式 对有些大而复杂的铸件，在保证使用性能的前提下，可采用分体单独铸造后再用螺栓或焊接连成整体的方法，以简化工艺，方便生产；有些小型铸件，如轴类或套类零件，可以采用联体铸造法，以提高生产效率。图9-7 简化和减少分型的铸件结构 图9-8 有利于砂芯安置、固定、排气和清理的铸件结构 a）改进前的结构 b）改进后的结构 a）不合理 b）合理 二、选择造型（芯）方法和砂型（芯）种类 1. 造型和制芯方法的选择 在砂型铸造中，造型和制芯都是最基本的关键环节，其方法的合理选择至关重要。通常，造型和制芯的方法可分为手工和机器两大类。 （1）手工造型和制芯法 手工造型和制芯是铸造业中最基本的生产方法。由于其工艺装备简单，灵活多样，适应性强，所以在单件或小批生产及新产品试制过程中，尤其在重型和复杂铸件生产中应用广泛。 （2）机器造型和制芯法 采用机器造型和制芯生产率高，尺寸精度高，质量稳定，且劳动强度低，但其设备投资大，工艺装备复杂，模具要求高。通常，机器造型和制芯主要用于成批大量生产。 2. 砂型和砂芯种类的选择 砂型造型的种类主要有湿型、干型、表干型、自硬砂型和铁模覆砂型等；砂芯种类按其粘结剂不同可分为粘土砂芯、水玻璃砂芯、水泥砂芯、树脂砂芯等；按其制芯工艺不同又可分为普通砂芯、自硬砂芯、热芯盒砂芯、冷芯盒砂芯、壳芯砂芯等。 三、选择铸件的浇注位置 铸件的浇注位置是指浇注时铸件在铸型中所处的位置。浇注位置对铸件的内在质量和造型方式有直接影响。因此，在工艺设计时，先要根据铸件结构和技术要求，找出铸件质量要求高的部分（如重要加工面、受力部位等）和容易产生缺陷的部分（如厚大截面、大平面、薄壁处），选择浇注位置时，要将这些部分置于有利位置，以保证铸造质量。一般应注意下列原则： （1）铸件的重要加工面、主要受力面应朝下，若不能朝下，可将其侧立或斜置；当铸件有多个加工面时，应将较大的面朝下。例如，机床床身的导轨面是关键部位，要求组织致密，无任何缺陷，因此，正确的浇注位置应导轨面朝下，见图9-9；对于筒类铸件，由于其筒身表面质量要求高，故多采用立浇方式，见图9-10。 （2）铸件的宽大平面应尽可能朝下，以避免产生夹砂、夹渣、气孔等缺陷，见图9-11。对于面积较大的平板类铸件，必要时还可采用倾斜浇注，以防止夹砂缺陷。 （3）对于厚薄不均的铸件，应将其厚大部分朝上，以利于冒口补缩实现定向凝固，此对于合金收缩率大的铸件特别重要，见图9-12。图9-9 床身浇注位置 图9-10 套筒的浇注位置 a）不合理 b）合理图9-11 平板的浇注位置 图9-12 卷筒的浇注位置 图9-13 盖的浇注位置 a）不合理 b）合理 （4）对于薄壁铸件，应将簿而大的平面朝下，见图9-13。有条件的话，应侧立或倾斜，以避免冷隔、浇不足等缺陷，此对流动性差的合金尤为重要。 （5）应尽量减少砂芯数量，少用吊砂、吊芯、悬臂芯或芯撑，以便保证造型质量，使砂芯在铸型中安放牢固，排气顺利，合型和检验方便，见图9-8。 （6）合型和浇注及铸件冷却位置以一致为宜。以避免铸型在翻转过程中发生损坏或错位。但有时为了便于造型，又要保证铸件内在质量，如大型曲轴和卷筒类铸件也常采用平做立浇立冷工艺。 四、选择铸型分型面 分型面即铸型组元间的接触配合面。相对于浇注位置而言，分型面的选择侧重于经济角度。即在保证铸件质量（主要是尺寸精度）的前提下，尽量简化工艺，以提高效率，降低成本。 选择分型面应注意以下原则： （1）为了保证铸件的尺寸精度，应尽量使铸件全部或大部置于同一砂箱，如条件不允许，也应尽量使加工基准面和大部分加工面置于同一砂箱。图9-14是汽车后轮毂的工艺方案，铸件全部设在下箱。350mm圆周处是加工内孔的基准。若以350mm圆周顶面为分型面，虽可节省砂芯材料，但由于轮毂的台阶孔内腔由设于上箱的吊芯形成，因受偏芯和合型偏差导致内外圆同心度偏差，会使内孔加工后壁厚不均，影响质量，甚至报废。 （2）尽量减少分型面的数量，以简化造型操作，提高铸型精度。尤其是机器造型，通常只有一个分型面，最好不用活块，而用砂芯来取代,见图9-15。 （3）分型面的选择应有利于减少砂芯数量，采用自来芯取代下芯，见图9-16。下芯位置最好设在下箱，以便于操作和检验。图9-14 后轮毂的工艺方案 图9-15 减少分型面的数量 a）采用下芯减少分型面 b）用砂芯代替活块 （4）为方便起模，分型面一般取在铸件的最大截面上，且应充分利用上、下箱的高度，不使模样在一只砂箱内过高。对于较高的铸件尤其要注意。 （5）选择分型面不仅要考虑简化造型和制芯工艺，还要考虑铸件外观和减少落砂清理及机械加工的工作量，见图9-17。方案a使铸件产生较长的披缝，且清理工作量大；方案b的披缝短，且易清除。 图9-16 曲轴定位套的工艺方案 图9-17 摇臂的分型面选择 a）不合理 b）合理 上述原则在具体的工艺设计中往往存在着相互矛盾和制约的关系，比如尽量减少分型面是选择原则之一，但对于如机床床身和V形发动机机体类的大而复杂的铸件采用多个分型面的劈箱造型或组芯造型法反而更有利于保证铸件质量和简化工艺操作。因此，在进行铸件浇注位置和分型面的具体选择时，应结合实际生产条件和任务性质，进行多种方案的对比和论证，从优选择。 表9-3 吃砂量数值 （单位：mm）模样平均轮廓尺寸ab和cd滑脱砂箱203050154004007007001000100020002000300030004000400030505070701001001501001501001501502004070709090120120150150200200250250一箱中模样高度的0.51.5倍注:手工造型时，边沿需考虑舂头尺寸。 五、砂箱中铸件排列数量的确定 砂箱中铸件排列数量的确定主要应考虑的因素为：铸件尺寸、生产批量、吃砂量、设备情况等，如采用造型线生产，尚需考虑生产作业的平衡问题。其中，吃砂量须根据具体的工艺要求合理选择。吃砂量太小，砂型紧实困难，强度较低，易产生涨砂、冲砂、跑火（射箱）等缺陷；吃砂量太大，又造成浪费。因为影响吃砂量的因素较多，在设计时要全面考虑和选择。表9-3为吃砂量参考数值。第二节 砂芯设计 砂芯是铸型的重要组成部分，故砂芯设计是铸造工艺设计的主要内容之一。其设计内容主要包括确定砂芯的形状和分块、芯头结构、制芯材料、砂芯排气及加固方式等。下面重点叙述砂芯分块与芯头结构两个方面的问题。 一、砂芯分块 砂芯分块的主要依据是铸件结构、质量要求和生产条件。通常要求简化芯盒、便于制芯和下芯，并能保证铸件质量。其一般原则如下：图9-18 缸盖排气道砂芯 图9-19 机体砂芯二次射芯 （1）为了提高砂芯的装配精度，在砂芯制造工艺不很复杂的前提下，应尽量减少砂芯的分块数量。图9-18为4缸柴油机缸盖排气道砂芯。4个排气道砂芯连成一体，大大提高了排气道的位置精度。 （2）对于内腔复杂的高精度铸件，可将多个砂芯经分块制芯并在高精度的胎具中预装后再通过二次射芯将其连成整体，从而保证了砂芯尺寸的高度精确和稳定，见图9-19。这种“先零后整”的砂芯分块法可使铸件达到很高的精度。图9-20 封槽长砂芯分块 图9-21 为保证铸件精度而分块 （3）对于形状复杂，重量大或长度大的砂芯，为了避免制芯和烘干时产生变形，可将砂芯分成数块。图9-20为封槽长砂芯分块。有时，为了保证铸件尺寸精度，便于下芯和检验，也可将砂芯分块制作，见图9-21所示。将砂芯分块制作后，1#芯的位置就不再受2#砂芯位置错动的影响，且便于下芯操作。 （4）砂芯应有大而简单的填砂面，烘干支承面宜平直，以便于制芯操作及烘干处理。 （5）大型砂芯应尽量使烘干位置与下芯位置保持一致，以避免砂芯在翻动时造成损坏。 二、芯头结构 芯头是指支承和固定砂芯而不形成铸件轮廓的砂芯外伸部分。芯头的结构形式、形状和尺寸、配合精度等对砂芯在铸型中的位置精度、支承强度和排气性能有重大影响。根据芯头在铸型中的安放位置，可分为垂直芯头和水平芯头两大类。图9-22 芯头的结构组成a）水平芯头 b）垂直芯头 1. 芯头的结构要素 芯头的结构要素包括芯头的长度（高度）、斜度、间隙、压环、防压环、集砂槽和特殊定位结构等，见图9-22。 （1）垂直芯头 1）芯头高度 垂直芯头的高度是芯头的主要尺寸。通常，在满足芯头基本要求的前提下，芯头尺寸不宜过大。否则，会不利于造型操作，且造成浪费。垂直芯头高度的选择，取决于砂芯的总高度和砂芯结构，一般为15150mm。在具体选择芯头高度时要注意几点： 细而高的砂芯，上、下都要有芯头。通常，下芯头可比上芯头取高一些。对于高度与直径之比大于5的细高砂芯，下芯头尺寸要适当加大，以增加砂芯的垂直稳定性。 为便于操作，对于等截面或上下结构对称的砂芯，上下芯头可采用相同的结构尺寸。在机械化大批生产时尤应如此。 对于大而矮的砂芯，芯头可矮一些，也可以不要上芯头，以方便操作。 2）芯头斜度 为便于下芯和合型操作，在芯头和砂型的芯座上都应做出斜度，一般为510，上芯头斜度应大些。图9-23 水平芯头的斜度a）芯头不留斜度 b）芯头留斜度 3）芯头间隙 在芯头和芯座间留有间隙是为了方便下芯、合型操作及避免挤坏砂芯（型）。间隙过小，会使下芯和合型困难，操作可靠性差；间隙过大，会严重影响铸件质量（芯偏、披缝厚、气孔等）。芯头间隙的合理选择应考虑砂芯大小、砂型（芯）种类、模具精度、造型制芯方式和合型定位精度等。机器造型（芯）时，一般取间隙为0.51mm；手工造型（芯）时，间隙取0.54mm。当同一砂芯上有两个以上的芯头时，可将其中定位作用不大的芯头侧面间隙加大，以便于下芯。 （2）水平芯头 1）芯头长度 水平砂芯的体积越大，浇注时所受浮力也越大，为保证芯头与芯座间的支承强度，需适当加长芯头，以增加其承压面积。在实际生产中，芯头长度可根据实践经验或查找手册确定。通常，对于直径小于150mm和长度小于1000mm的中小型水平砂芯，芯头长度可取20100mm，特大型砂芯芯头长度根据需要可取至400mm以上。 2）芯头斜度 为便于下芯和合型，水平砂芯的芯座端面上应做出斜度，一般为510，上箱芯座斜度可稍大些（）。对于定位精度要求较低的手工造型（芯），只要制芯时砂芯能顺利脱模，其芯头端面可以不留斜度；对于定位精度要求高的机器造型（芯），其芯头端面也应做出与芯座相应的斜度,见图9-23。 3）芯头间隙可参考垂直芯头间隙的取值。 （3）压环、防压环和集砂槽 在采用湿型的机器造型大批量生产过程中，为了加速下芯、合型速度和保证铸件质量，常在芯头的模样上做出压环、防压环和集砂槽，见图9-22。 1）压环 在上模样芯座上做出R=1.56mm的半圆槽，造型后砂型芯座上即形成凸出砂环，合型后，砂环压紧砂芯芯头，避免液态金属钻入芯头，堵塞排气道。 2）防压环 在水平芯座靠模样根部处做出高0.52mm，宽512mm的凸肩。下芯和合型后，在芯头与砂型间留出一道环形缝隙，可防止砂型被压崩。图9-24 特殊定位芯头a）、b）垂直芯头 c）、d）水平芯头 3）集砂槽 在砂型芯座边缘上形成的深约25mm的环状凹槽，用以聚集下芯时散落的碎砂，保证芯头芯座的配合精度。 （4）特殊定位芯头 对于要求在铸型中严格定位或有方位要求的砂芯，需设计特殊定位芯头。图9-24所示为部分定位芯头结构。其中a、b、c为防止砂芯转动的结构；d结构既防砂芯转动，又防砂芯轴向窜动。 2.芯头尺寸的验算 通常，对于芯头较大、重量较小和浇注时受金属液体浮力作用不大的中小型砂芯可由经验数据确定芯头尺寸，不必验算其承压面积。反之，则应在初步确定芯头尺寸后，要对其承压面积进行验算。步骤如下：图9-25 砂芯受金属液体浮力示意图 （1）计算砂芯所受的最大浮力 砂芯所受浮力与砂芯的形状、大小、在铸型中所处位置和所浇注的金属液体密度等因素有关。以图9-25所示砂芯为例，当金属液上升到A-A截面时其所受浮力达最大值为 F浮=（D12-D22）Hg （9-1）式中 F浮砂芯所受浮力（N）； D1 砂芯直径（m）； D2 下芯头直径（m）； H 砂芯受浮力作用部分的高度（m）； 金属液密度（kg/m3）； g 重力加速度（m/s2）。 （2）计算上芯座所受压力 F芯=F浮-G芯 （9-2）式中 F芯作用于上芯座上的压力（N）； G芯 砂芯的重力（N）。 （3）验算芯头承压面积 A （9-3）式中 A上芯座与芯头的接触面积（cm2）； K安全系数，一般取1.31.5； s压芯座的许用抗压强度（N/cm2）； 一般湿型s压取46 N/cm2；活化砂型取6 10 N/cm2；干型取6080 N/cm2。 经验算，如初定芯头尺寸的承压面积小于计算值，则应加大芯头尺寸或采取提高芯头芯座抗压强度的措施，如垫塞耐火砖、铁片或增加芯撑、增设工艺孔等。 3. 砂芯负数（砂芯减量） 砂芯在制作过程中，因湿态时蠕变、烘干后膨胀以及上涂料后往往会造成砂芯在某个方向上的尺寸扩大，导致铸件在该处壁厚减薄，影响铸件质量，所以在设计芯盒时，应在相应方向将砂芯尺寸适当缩小，这个缩小量称为砂芯负数（砂芯减量）。砂芯负数的选取与砂芯尺寸、芯砂种类、芯盒结构和制芯方式等因素有关。表9-4所列为砂芯负数参考数值。图9-26为不同砂芯负数选择的示意图。图9-26不同砂芯负数选择示意S 间隙 a 砂芯负数 表9-4 砂芯负数砂芯尺寸/mm各面负数/mm平均轮廓尺寸高度沿长度沿宽度25050030030050050001212350010003003005005001232341000150030030050050023433415002000300300500500234334300300500500345345注：1表中所列为参考数值，选择时可根据具体工艺条件酌情增减 。 2平均轮廓尺寸 =（轮廓长度+轮廓宽度）/2 。 3表中所列各面负数值，是该方向负数值的总和。 4表中所指长、宽、高的区分，以下芯位置为准。第三节 铸造工艺参数 为了使铸件能达到预期的技术指标，在铸造工艺设计过程中需确定一些设计数据，即铸造工艺参数。它包括铸件线收缩率、机械加工余量、起模斜度、工艺补正量、分型负数、反变形量等。 一、铸造线收缩率铸件在凝固和冷却过程中，一般要产生线收缩而造成铸件实际尺寸比模样尺寸减小。因 此在制造模样或芯盒时需加上相应的线收缩量。铸造线收缩率可用下式表示 （9-4）式中 铸件线收缩率（%）； L模样尺寸； L1铸件尺寸。铸造线收缩率的大小主要取决于合金成分、铸件结构和大小、砂型砂芯的退让性、浇冒口系统结构等因素。同一个铸件 ，铸件在长、宽、高三个方向的线收缩率也不一致。在单件小批生产时，铸造线收缩率可参考经验数据选取，见表9-5；大批生产时，应先通过试生产测知铸件各向的实际收缩尺寸后，再选定精确的各向线收缩率，用以制作模样和芯盒以获得尺寸精度较高的铸件。 表9-5 砂型铸造普通合金的铸造线收缩率 合金种类线收缩率（%） 合金种类线收缩率（） 合金种类线收缩率（）自由收缩受阻收缩自由收缩受阻收缩自由收缩受阻收缩灰铸铁：中小件 中大件 特大件筒形件长度方向 直径方向孕育铸铁：HT250 HT300 HT3501.00.90.80.90.71.01.01.50.90.80.70.80.50.80.81.0黑心可锻铸铁壁厚25mm壁厚1040 40100 100160 160250 250400 400630 6301000 10001600 16002500 25002201100300250200200200150.40.81.01.21.62.43.84.42551250400300250250200200200150150.61.01.21.41.83.03.85.82.911.0 表9-7 粘土砂造型时，模样凹处内表面的起模斜度测量面高度h/mm起 模 斜 度 金属模样、塑料模样木 模 样a/mma/mm 10 1040 40100 100160 160250 250400 400630 6301000 10004352201050450400400350300.81.62.02.23.04.66.48.85452501150550450450400350351.02.02.22.63.45.27.410.2注：1当凹处过深时，可用活块或砂芯形成。 2对于起模困难的模样，允许采用较大的起模斜度，但不得超过表中数值一倍。 3当造型机工作比压在700MPa以上，允许将本表的起模斜度增加，但不得超过50%。 4铸件结构本身在起模方向上有足够的斜度时不再增加起模斜度。 5同一铸件，上下两个起模斜度应取在分型面上同一点。 表9-9 最小铸出孔、槽尺寸 （单位：mm）合金种类生 产 批 量大 量 生 产成 批 生 产单件、小批生产铸 铁121515303050铸 钢355060注：表中孔、槽尺寸为考虑加工余量后的数值。 确定分型负数的一般原则为 （1）两箱分模造型、上下模样结构对称的，分型负数在上下分模面各取一半，见图9-28a；上下模样不对称的，分型负数一般取在上半模，见图9-28b。图9-28 分型负数取向示意a）对分模 b）不对称分体模 c）整体模 （2）整模造型，铸件模样又全部位于一个砂箱时，分型负数取在分型面模样一端，见图9-28c。 （3）多箱造型时，每个分型面均要取分型负数。 六、工艺补正量 在单件小批生产中，为防止因选用的铸件线收缩率与实际值不符，或由于铸件变形、砂芯移位及有规律的操作偏差等原因的影响而造成铸件局部壁厚不足，在铸件相应部位的非加工面上增加的金属层厚度，叫工艺补正量,见图9-29。工艺补正量的取值与铸件大小、结构和合金成分等因素有关，选择时应结合具体的铸件情况和生产条件酌定,见表9-11。 表9-10 模样的分型负数 （单位：mm）砂箱长度分 型 负 数a砂箱长度分 型 负 数a干 型表干型干 型表干型 50005746 注：采用自硬砂型时，分型负数应减小。 七、反变型量（反挠度）图9-29 工艺补正量 在铸造壁厚不均的长条形铸件或扁平类铸件时，由于其冷却速度不同及收缩不一致，易产生较大的内应力，导致铸件挠曲变形。为此，制作模样时，在铸件可能产生变形的部位预先做出与之相反的变形量，称为反变形量。反变形量应在铸件冷却变形后正好得以抵消，从而获得符合图样要求的铸件，见图9-30、图9-31。图9-30 平板的变形与反变形量 图9-31 反变形量的形式1挠曲变形趋势线 2模样的反变形量 a）月牙形 R = (b2+f2)/2f b）竹节形 c）三角形 表9-11 铸件的工艺补正量 （单位：mm）被补面间距或被补面与基准面距离L工艺补正量a被补面间距或被补面与基准面距离L工艺补正量a铸铁铸钢铸铁铸钢 2502504004006506501000100016001600250012121.52.52.53.03.03.53.54.0243535566778250040004000650065008000800010000100001200045566778898101012121414161618 铸件挠曲变形的大小和铸件的合金成分、尺寸、结构、造型方法、浇注温度和开箱时间等因素有关。因此，铸件的反变形量一般根据实际生产经验来确定： 1. 反变形量的大小 铸件壁厚越不均匀，长度越大，高度越小，则变形量越大，需要预加的反变形量也愈大。一般工作台或机床床身小于5m时，按1.52.5mm/m取变形量；床身长度大于5m时，按12mm/m取变形量。铸件壁厚相差大或长度与高度之比较大时应选上限。此数据仅为初生产时选用，铸件经试生产后，尚需根据实际检测情况对反变形量进行修正和确定。 2. 反变形量的施加方向 通常，铸件壁厚的部分冷却慢而收缩迟易产生拉应力，使铸件呈内凹变形；铸件壁薄的部分冷却快而收缩早易产生压应力，使铸件呈外凸变形。因此，应对铸件具体的挠曲变形趋势全面分析后再确定反变形量的施加方向。 3. 不加反变形量 对于尺寸较小的平台或床身（小于2m），一般可不留反变形量，而通过加大加工余量来补偿变形或设置同时凝固的冷却条件（如加冷铁）来减少变形。第四节 铸造工艺文件 铸造工艺文件是用文字、图样及表格说明零件的生产工艺过程和指导生产作业的技术资料。实际生产中常用的工艺文件有：铸造工艺图、铸件图、模样和模板图、芯盒图、砂箱图、铸型装配图和铸造工艺卡等。 工艺文件的格式和内容，因铸件生产性质、生产类型和生产条件不同而有所区别。各种工艺文件所反映的主要内容和应用范围见表9-1。铸造工艺图上常用的工艺符号、表示方法、铸造工艺卡的内容和格式如下： 一、常用铸造工艺符号及表示方法 铸造工艺符号是表达设计者设计意图与要求的专用符号。根据JB2435-78标准规定，铸造工艺符号可采用甲、乙两类形式表示。甲类形式是在零件的蓝图上用红蓝两色线条绘制的工艺图；乙类形式是用墨线绘制的工艺图。这两类形式均适用于砂型铸钢件、铸铁件和铸造非铁金属铸件。表9-12为甲类形式的常用工艺符号和表示方法。表9-12 铸造工艺符号及表示方法序号名称工艺符号及示例表示方法1分型线 用红色线表示，并用红色写出“上、中、下”字样2分模线 用红色线表示，在任一端画“”号3分型分模线 用红色线表示4分型负数 用红色线表示，并注明减量数值（续）序号名称工艺符号及示例表示方法5不铸出的孔槽 不铸出的孔或槽在图上用红笔打叉6机械加工余量 加工余量分两种方法可任选其一 a用红色线表示，在加工符号附近注明加工余量数值 b在工艺说明中写出上、侧、下加工余量数值。特殊要求的加工余量可将数值标在加工符号附近。凡带斜度的加工余量应注明斜度7工艺补正量 用红色线表示，注明正、负工艺补正量的数值8冒 口 各种冒口均用红色线表示，注明斜度和各部尺寸，并用序号1#、2#区分9冒口切割余量 用红虚线表示，注明切割余量数值10补 贴 用红色线表示并注明各部尺寸11出气孔 用红色线表示，注明各部尺寸（续）序号名称工艺符号及示例表示方法12砂 芯 芯头边界用蓝色线表示，编号用阿拉伯数字1#、2#等标注，边界符号一般只在芯头及砂芯交界处用与砂芯编号相同的小号数字表示，铁芯须写出“铁芯”字样13芯头斜度与间隙 用蓝色线表示并注明斜度及间隙数值14砂芯增减量、芯间间隙 用蓝色线表示，注明增减量与间隙数值，或在工艺说明中注明15捣砂、出气和紧固方向 用蓝色线表示，箭头表示方向，箭尾划出不同符号16芯 撑 一般芯撑用红色线表示，结构特殊的芯撑要写出“芯撑”字样17模样活块 用红色线表示，并在此线上画两条平行短线18冷 铁 用蓝色线表示。圆钢冷铁涂淡蓝色，成型冷铁打叉（续）序号名称工艺符号及示例表示方法19拉肋、收缩肋 用红色线表示，注明各部尺寸，并写出“拉肋”或“收缩肋”字样20浇注系统 用红色线或红色双线表示并注明各部尺寸21本体试样 用红色线表示，注明各部尺寸，并写出“本体试样”字样22工艺夹头 用红色线描（划）出工艺夹头的轮廓，并写出“工艺夹头”字样23样